水翼艇及其控制方法综述

作为高速船舶中的一种,水翼艇以其优异的快速性、耐波性、操纵性及经济性等特点得到广泛的发展和应用。本文首先概述了水翼艇的发展历程,对国内外水翼艇的发展及现状进行了分析研究。重点总结了水翼艇的特点,以不同的角度对水翼艇进行了分类,对水翼艇的纵向控制方法研究进行了简要总结。最后,阐述了目前水翼艇研究存在的问题,对未来水翼艇的发展趋势进行了展望。     

水气双重介质共同作用下可控水翼滑行艇纵向运动预报

为了探究水气双重介质共同作用下可控水翼滑行艇的运动响应,本文基于喷水推进滑行艇的高速运动原理,建立了水气双重介质共同作用下可控水翼滑行艇非线性纵向运动数学模型。分析了在水气双重介质共同作用下可控水翼滑行艇滑行过程中的受力特性,确定了艇体受到的重力、浮力、动升力、水翼的升阻力及力矩等。提出了可控水翼对滑行艇运动过程中的升沉量和纵倾角的控制策略。完成了0~8级线性风、周期风、随机风作用下水翼变攻角和水翼变攻角+纵向运动对滑行艇运动升沉量和纵倾角控制结果分析。结果表明,当主机输出功率一定时,水翼变攻角可以控制滑行艇的升沉量,弱化纵倾角幅度,而水翼变攻角+纵向运动可以同时控制滑行艇的升沉量和纵倾角。本文为水气双重介质共同作用下可控水翼对滑行艇纵向运动预报提供了有效的研究方法。     

水翼艇及其控制方法综述

概述水翼艇的发展历程,对国内外水翼艇的发展及现状进行分析研究;重点总结水翼艇的特点,以不同的角度对水翼艇进行分类;对水翼艇的纵向控制方法进行研究。最后,分析目前水翼艇研究存在的问题,对未来水翼艇的发展趋势进行展望。     

影响槽道水翼艇阻力和航态的因素分析

在槽道艇的槽道下方装上首尾水翼以及在艇尾装上尾压浪板对艇的阻力及航态有较好的改善效果。通过对4种不同尺度、不同排水量的阻力性能、航态进行试验分析，得出了有利于阻力、航态的水翼翼型、水翼安装角、水翼安装位置，尾压浪板的安装角及其与水翼最佳配合的结论。     

水翼艇纵向运动多变量随机最优控制仿真

基于随机控制理论，针对全浸式水翼艇的多变量随机控制方法进行探讨，并着重分析水翼艇的纵向运动姿态的随机最优控制。首先，依据动力学原理对其运动方程的建立和线性化进行了推导。其次，利用线性卡尔曼滤波器对其纵向运动姿态进行估计，依据LOG性能指标构造了最优控制规律。通过施加控制前后状态的比较，可以看出，应用随机最优控制的方法，对水翼艇的纵向运动进行控制取得了良好的效果。     

高速双体滑行艇加装水翼试验研究

双体滑行水翼艇是一种集双体滑行艇和水翼艇为一体的复合型高速艇,通过双体船增加艇自身横向稳性及其耐波性。在双体滑行艇两片体内侧增设滑行水翼面,在运动过程中,航速达到一定值后,水翼的水动效应为艇体提供一定的升力,使艇体上升,减小艇底湿面积及其阻力,使双体滑行艇阻力大大降低。双体滑行水翼艇兼备了双体滑行艇和水翼艇两者优点,双体滑行水翼艇综合解决了高速艇稳性和快速性问题,使艇的技术性能得到很大的提高。     

可调桨水翼艇智能推进系统初步综合优化设计研究

从快速性、航速控制和动力系统3个方面分别进行了综合分析,建立了水翼艇智能推进系统的数学模型.然后在VC++平台上,以遗传算法作为优化方法,编制了水翼艇智能推进系统初步综合优化设计的计算程序,同时给出了算例.计算结果表明该算法对于本文提出的水翼艇智能推进系统的数学模型的优化是有效且可行的.     

可调桨水翼艇智能推进系统初步综合优化设计研究

从快速性、航速控制和动力系统3个方面分别进行了综合分析，建立了水翼艇智能推进系统的数学模型。然后在VC 平台上，以遗传算法作为优化方法，编制了水翼艇智能推进系统初步综合优化设计的计算程序，同时给出了算例。计算结果表明该算法对于本文提出的水翼艇智能推进系统的数学模型的优化是有效且可行的。     

水翼艇艇体设计外力估算方法

本文根据实艇和模型的试验数据分析,建立了水翼艇艇体设计载荷估算方法。经对美国四艘典型水翼艇(排水量58t～235t)的计算分析表明,本文估算方法基本上反映了这类艇的外载荷特性。在无母型艇的条件下,本方法可用于新艇结构设计的外力估算。     

长江水翼客艇Ⅱ号附体设计特点及试验分析

本文简要分析了国外水翼艇附体的一些特征,重点介绍长江水翼客艇Ⅱ号(以下简称水翼Ⅱ号)附体的特点。由试验证实,将舵、水翼支柱和尾轴支架组合为一体,用一剖面代替三个不连续的剖面,可得到令人满意的阻力性能,满足附体阻力控制在总阻力的20％以内的设计要求。文中还介绍了水翼Ⅱ号三种附件组合体方案及模型阻力试验分析。     

基于角度传感器的水动力装置水翼控制系统

水动力控制系统的研制成功,使得某型先进的水翼航行器得以从理论研究转化为工程应用。该文介绍了基于角度传感器,并对信号进行线性放大后,使用C 8051F 000单片机组成反馈型邦邦控制系统,实现对水翼的自动控制及相应的AD采样子程序。     

水翼对斜浪的运动响应

水翼船实船使用表明,在斜浪作用下,“全浸式”水翼船的运动性能明显优于传统的“割划式”水翼船。根据这种现象,结合一型川江水翼客船的设计需要,针对上述两种水翼型式进行了实船调研、理论分析与计算、模型试验等大量研究工作。阐述了其主要研究结果,以供水翼船研究设计参考。     

The estimation of wave elevation and wave disturbance caused by the wave orbital motion of a fully submerged hydrofoil craft

The current control system of a fully submerged hydrofoil craft has manual input of fore-foil depth and control mode selection to improve the performance of the control system. However, the manual input needs skillful human operation and observation of waves the encountered to work well over a wide range of waves. In order to use information about the waves encountered in the control system, we considered the estimation of wave elevation and wave disturbance which was caused by the orbital motion of the waves in irregular waves. First, we investigated the wave disturbance by a fully submerged hydrofoil craft, in a state-space model of wave disturbance, and in hydrofoil craft motion, etc. We than considered estimations of the wave elevation and wave disturbance using a shaping filter, a Kalman filter, an autoregressive (AR) model, etc. Finally, we confirmed through simulations that the estimation results and estimation error of wave elevation and wave disturbance were valid.     

单体小水线面水翼艇的概念设计

本文针地一般１１．９ｍ长的交通艇提出了单体小水互面水翼艇的设计方案。介绍了该艇的水翼配置与线型设计，以及艇的稳性和阻力计算。计算表明，设计艇具有良好的水动力性能。     

The applicability of hydrofoils as a ship control device

Centrifugal forces are commonly created when ships turn, which may cause a ship to capsize in a critical situation. A mathematical model has been developed to optimize the stability coefficients for ship, with the aim to prevent capsizing and to increase ship maneuverability in high-speed water craft. This model can be used to develop algorithms for control system improvement. The mathematical model presented in this paper optimized the use of multipurpose hydrofoils to reduce heeling and the trimming moment, maintaining an upright ship’s position and lessening the resistance via transverse force. Conventionally, the trimming and heeling of a ship are controlled using ballast water; however, under variable sea conditions it is sometimes difficult to control a ship’s motion using ballast water. In this case, a hydrofoil would be more stable and maneuverable than a ballast tank controlled vessel. A movable hydrofoil could theoretically be adapted from moveable aerofoil technology. This study proves the merit of further investigation into this possibility.     

翼滑艇可调桨智能推进系统最佳控制参数组合综合优化计算方法研究

本文建立了以可调桨作为翼滑艇的推进器、综合考虑航行快速性和航速控制特性的智能推进系统最佳控制参数组合优化计算的数学模型,在VC 平台上编制了采用遗传算法优化求解的计算软件。综合优化计算结果表明:运用遗传算法能很好地完成对该数学模型优化计算,该软件也可应用于以可调桨作为翼滑艇的推进器、综合考虑航行快速性和航速控制特性的智能推进系统初步优化设计及其系统分析。     

作为船舶控制装置的水翼艇的适用性研究（英文）

Centrifugal forces are commonly created when ships turn, which may cause a ship to capsize in a critical situation. A mathematical model has been developed to optimize the stability coefficients for ship, with the aim to prevent capsizing and to increase ship maneuverability in high-speed water craft. This model can be used to develop algorithms for control system improvement. The mathematical model presented in this paper optimized the use of multipurpose hydrofoils to reduce heeling and the trimming moment, maintaining an upright ship's position and lessening the resistance via transverse force. Conventionally, the trimming and heeling of a ship are controlled using ballast water; however, under variable sea conditions it is sometimes difficult to control a ship's motion using ballast water. In this case, a hydrofoil would be more stable and maneuverable than a ballast tank controlled vessel. A movable hydrofoil could theoretically be adapted from moveable aerofoil technology. This study proves the merit of further investigation into this possibility.     

水翼艇翼航时稳性探讨

文章探讨V形割划式水翼艇翼航时初横稳性的计算,主要涉及水翼艇翼航时水翼浸深、横倾时左右翼升力的合力、回复力矩和稳性临界速度;提出了水翼艇翼航时稳性临界航速的概念和计算方法.文中的计算和讨论可为V形割划式水翼艇的设计提供参考.